І ось нарешті дійшли руки. Після складання дрібних котушок вирішив замахнутися на нову схему, серйознішу і складнішу в налаштуванні та роботі. Перейдемо від слів до діла. Повна схема виглядає так:

Працює за принципом автогенератора. Переривник штовхає драйвер UCC27425і розпочинається процес. Драйвер подає імпульс на GDT (Gate Drive Transformator - дослівно: трансформатор, що керує затворами) з GDT йдуть 2 вторинні обмотки, включені в протифазі. Таке включення забезпечує поперемінне відкриття транзисторів. Під час відкриття транзистор прокачує струм через себе та конденсатор 4,7 мкФ. У цей момент на котушці утворюється розряд і сигнал йде по ОС в драйвер. Драйвер змінює напрямок струму в GDT і транзистори змінюються (який був відкритим – закривається, а другий відкривається). І цей процес повторюється доти, доки йде сигнал із переривника.

GDT найкраще мотати на імпортному кільці – Epcos N80. Обмотки мотаються у співвідношенні 1:1:1 або 1:2:2. У середньому близько 7-8 витків, за бажання можна розрахувати. Розглянемо RD ланцюжок у затворах силових транзисторів. Цей ланцюжок забезпечує Dead Time (мертвий час). Це час коли обидва транзистори закриті. Тобто один транзистор уже закрився, а другий ще не встиг відкритися. Принцип такий: через резистор транзистор плавно відкривається і через діод швидко розряджається. На осцилограмі виглядає приблизно так:

Якщо не забезпечити dead time, то може вийти так, що обидва транзистори будуть відкриті і тоді забезпечений вибух силовий.

Йдемо далі. ОС (зворотний зв'язок) виконана у разі як ТТ (трансформатора струму). ТТ намотується на феритовому кільці марки Epcos N80 не менше 50 витків. Через кільце просмикується нижній кінець вторинної обмотки, який заземляється. Таким чином, високий струм з вторинної обмотки перетворюється на достатній потенціал на ТТ. Далі струм з ТТ йде на конденсатор (згладжує перешкоди), діоди шоттки (пропускають лише один напівперіод) та світлодіод (виконує роль стабілітрона та візуалізує генерацію). Щоб була генерація необхідно також дотримуватись фразування трансформатора. Якщо немає генерації або дуже слабка – потрібно просто перевернути ТТ.

Розглянемо окремо переривник. З переривником звичайно я попітів. Зібрав штук 5 різних... Одні витріщають від ВЧ струму, інші не працюють як треба. Далі розповім про всіх переривників, які робив. Почну мабуть із самого першого - на TL494. Схема стандартна. Можливе незалежне регулювання частоти та шпаруватості. Схема нижче може генерувати від 0 до 800-900 Гц, якщо замість 1 мкФ поставити конденсатор 4,7 мкФ. Добре від 0 і до 50. Те що потрібно! Однак є одне АЛЕ. Цей ШІМ контролер дуже чутливий до ВЧ струму та різних полів від котушки. Загалом при підключенні до котушки переривник просто не працював, або все по 0 або CW режим. Екранування частково допомогло, але не вирішило проблеми повністю.

Наступний переривник був зібраний на UC3843дуже часто зустрічається в ІІП, особливо АТХ, звідти, власне, його і взяв. Схема теж непогана і не поступається TL494за параметрами. Тут можливе регулювання частоти від 0 до 1кГц і шпаруватість від 0 до 100%. Мене це теж влаштовувало. Але знову ці наведення з котушки все зіпсували. Тут навіть екранування не допомогло. Довелося відмовитись, хоча зібрав добротно на платі...

Надумав повернутися до дубових та надійних, але малофункціональних 555 . Вирішив почати з burst interrupter. Суть переривника у тому, що він перериває себе. Одна мікросхема (U1) задає частоту, інша (2) тривалість, а третя (U3) час роботи перших двох. Все б нічого, якби не мала тривалість імпульсу з U2. Цей переривник заточений під DRSSTC і може працювати з SSTC але мені це не сподобалося- тоненькі розряди, але пухнасті. Далі було кілька спроб збільшити тривалість, але вони не мали успіху.

Схеми генераторів на 555

Тоді вирішив змінити принципово схему та зробити незалежну тривалість на конденсаторі, діоді та резисторі. Можливо багато хто вважатиме цю схему абсурдною та дурною, але це працює. Принцип такий: сигнал на драйвер йде до тих пір, поки конденсатор не зарядиться (з цим думаю ніхто не посперечається). NE555генерує сигнал, він йде через резистор і конденсатор, при цьому якщо опір резистора 0 Ом, то йде тільки через конденсатор і максимальна тривалість (на скільки вистачає ємності) незалежно від шпаруватості генератора. Резистор обмежує час заряду, тобто. чим більший опір, тим менший час йтиме імпульс. На драйвер йде сигнал меншою тривалістю, але частоти. Розряджається конденсатор швидко через резистор (який на масу йде 1к) та діод.

Плюси і мінуси

Плюси: незалежно від частоти регулювання шпаруватості, SSTC ніколи не піде в CW режим, якщо підгорить переривник.

Мінуси: шпаруватість не можна збільшувати "нескінченно багато", як наприклад на UC3843, Вона обмежена ємністю конденсатора і шпаруватістю самого генератора (не може бути більше шпаруватості генератора). Струм через конденсатор йде плавно.

На останнє не знаю, як драйвер реагує (плавну зарядку). З одного боку драйвер також плавно може відкривати транзистори і вони грітимуться сильніше. З іншого боку UCC27425- Цифрова мікросхема. Для неї існує лише балка. 0 та лог. 1. Значить поки напруга вище порогової - UCC працює, як тільки опустилося нижче за мінімальну - не працює. У цьому випадку все працює у штатному режимі, і транзистори відкриваються повністю.


Перейдемо від теорії до практики

Збирав генератор Тесла у корпус від АТХ. Конденсатор живлення 1000 мкф 400в. Діодний міст із того ж АТХ на 8А 600В. Перед мостом поставив резистор 10 Вт 4,7 Ом. Це забезпечує плавний заряд конденсатора. Для живлення драйвера поставив трансформатор 220-12В та ще стабілізатор з конденсатором 1800 мкФ.

Діодні мости прикрутив на радіатор для зручності та відведення тепла, хоча вони майже не гріються.

Переривник зібрав майже навісом, узяв шматок текстоліту та канцелярським ножем вирізав доріжки.

Силова була зібрана на невеликому радіаторі з вентилятором, пізніше з'ясувалося, що цього радіатора цілком достатньо для охолодження. Драйвер змонтував над силовою через товстий шматок картону. Нижче фото майже зібраної конструкції генератора Тесла, але перебуває на перевірці, вимірював температуру силової при різних режимах (видно звичайний кімнатний термометр, приліплений до силової термопласту).

Тороїд котушки зібраний з гофрованої пластикової труби діаметром 50 мм та обклеєним алюмінієвим скотчем. Сама вторинна обмотка намотана на 110 мм трубі заввишки 20 см дротом 0,22 мм близько 1000 витків. Первинна обмотка містить аж 12 витків, зробив із запасом, щоб скоротити струм через силову частину. Робив з шістьма витками на початку, результат майже однаковий, але думаю не варто ризикувати транзисторами заради пари зайвих сантиметрів розряду. Каркас первинки служить звичайний квітковий горщик. З початку думав що не буде пробивати якщо вторинку обмотати скотчем, а первичку поверх скотчу. Але на жаль, пробивало... У горщику, звичайно, теж пробивало, але тут скотч допоміг вирішити проблему. Загалом готова конструкція виглядає так:

Ну і кілька фото з розрядом

Тепер начебто все.

Ще кілька порад: не намагайтеся відразу встромити в мережу котушку, не факт, що вона відразу запрацює. Постійно стежте за температурою силовою, при перегріві може бабахнути. Не мотайте надто високочастотні вторинки, транзистори 50b60можуть працювати максимум на 150 кГц за датасітом, насправді трохи більше. Перевіряйте переривники, від них залежить життя котушки. Знайдіть максимальну частоту та шпаруватість, при якій температура силової стабільна тривалий час. Занадто великий тороїд може також вивести з ладу силову.

Відео роботи SSTC

P.S. Транзистори силові використовували IRGP50B60PD1PBF. Файли проекту. Успіхів, з вами був [) еНіС!

Обговорити статтю ТЕСЛА ГЕНЕРАТОР

Незвичайний режим транзистора.

Здається, у наш освічений час транзистор вивчений настільки, що нічого нового про нього дізнатися вже неможливо.
Тим не менш, нещодавно я виявив схему генератора, яка працює дуже стійко і має хорошу здатність навантаження, хоча, здається, зовсім не повинна цього робити.
Схема дуже проста, зображена малюнку 1:


Рис.1. Схема генератора

Для запуску генератора необхідно короткочасно замкнути колектор і емітер транзистора через низькоомний опір або подати на вхід транзистора короткий імпульс, що запускає.
Модель генератора з імпульсом, що запускає, представлена ​​на малюнку 2.


Рис.2. Схема моделі генератора.

Тимчасові діаграми роботи генератора наведено малюнку 3.


Синій - струм у основі транзистора.
Червоний – напруга на базі.

Запуск генератора здійснюється поодиноким імпульсом напруги з генератора V2. З діаграм випливає, що генерація починається після закінчення імпульсу струму, що запускає, в базі транзистора.
Під час проходження імпульсу струму, що запускає, транзистор відкрився, в індуктивності L1 став протікати струм, і накопичилася енергія у вигляді магнітного поля. Після закриття транзистора, як це описано в багатьох підручниках, енергія магнітного поля перетворюється на енергію електричного поля, яка накопичується в конденсаторі C1. Напруга на конденсаторі зростає до певної величини, після чого починається зворотний процес. Напруга на конденсаторі починає падати, а струм у котушці зростати, змінивши свій напрямок на протилежний.
Коли напруга на конденсаторі падає до нуля, струм у котушці має максимальну величину, з цього моменту напруга на конденсаторі має змінити свій знак і зростати в іншій полярності. Але цього немає, оскільки напруга на колекторі транзистора стає негативним і відкривається його колекторний перехід, зміщений у напрямі. Через цей перехід у основу транзистора починає йти струм, накопичений у котушці індуктивності. З діаграм видно, що напруга на базі стає теж негативним, емітерний перехід закривається і починає грати роль колектора - транзистор працює повністю в інверсному режимі, з низьким коефіцієнтом посилення по струму, але все ж таки в режимі транзистора. Частина струму відгалужується в емітер і повертається до джерела живлення. Решта струму зрештою теж повертається в джерело живлення, проробивши роботу на подолання ЕРС джерела V3 і втрати в інших елементах схеми.
Після того, як напруга на виведенні котушки, з'єднаній з колектором транзистора, стане нульовим, транзистор переходить з інверсного режиму в нормальний режим роботи. Весь цей час він залишається відкритим, внаслідок чого до котушки прикладено напругу джерела живлення протягом часу, достатньому для того, щоб у ній накопичилася енергія, необхідна для наступного періоду коливань.
Для кращого розуміння процесів (якщо раптом комусь захочеться) на малюнку 4 наведені діаграми струмів у транзисторі.

Мал. 4. Тимчасові діаграми струмів у транзисторі.
Напрями струмів приведені до струму в основі.
Синій - струм у основі транзистора.
Червоний - струм у колекторі.
Чорний - струм в емітері

З діаграм струмів видно, що струм емітера майже весь час дорівнює струму колектора крім початкової стадії процесу.

Якщо комусь здається, що такий генератор немає практичного застосування, це не так. У схемотехніці щодо альтернативної енергетики таке рішення зустрічається нерідко. Спроби зрозуміти, що відбувається в таких схемах і призвели до появи цієї статті.
Внесу свій внесок тим, що запропоную схему розгойдування трансформатора Тесла за допомогою цього генератора. Від відомої схеми качера вона відрізняється тим, що обидва виведення котушки Тесла залишаються вільними. Від інших схем катерів, в яких обидва кінці котушки Тесла вільні, - тим, що відсутня котушка зворотного зв'язку.
Модель такої схеми наведено малюнку 5.

Рис.5. Схема моделі качера.

На схемі L2 – індуктор, L3 – котушка Тесла.
На малюнку 6 наведені діаграми напруги на колекторі транзистора і напруги на котушці Тесла.

Мал. 6. Тимчасові діаграми напруги.
Зелений – напруга на колекторі.

Ну і нарешті схема, яка зустрічається в Інтернеті. Від схеми малюнку 5 відрізняється наявністю котушки зворотний зв'язок. Така схема не потребує імпульсу, що запускає, а запускається сама. Від схеми качера з котушкою зворотного зв'язку відрізняється тим, що частота імпульсів накачування задається не резонансною частотою котушки Тесла, а частотою коливального контуру, утвореного індуктивністю L1 та ємністю C1.
Модель схеми, що самозапускається, наведена на малюнку 7.


Рис.7. Схема моделі катер з автозапуском.

Тимчасова діаграма, що ілюструє процес запуску, показано малюнку 8.



Мал. 8. Тимчасові діаграми напруги у схемі з автозапуском.
Зелений – напруга на колекторі.
Коричневий – напруга на котушці Тесла.

Вище розглянуто лише загальні принципи роботи генератора. У реальній схемі багато залежить від величини опорної напруги та резистора в ланцюгу бази. Зміною цих параметрів можна змінювати величину зворотного струму в колекторі транзистора та отримувати форму сигналів на колекторі від імпульсів до синусоїди. У схемі з автозапуском на форму сигналів також впливають індуктивності котушок L2 і L4. Наприклад, транзистор у схемі з примусовим пуском може працювати зовсім без усунення ланцюга бази.
Модель такої схеми наведено малюнку 9.


Рис.9. Схема моделі з відсутністю усунення в ланцюгу бази.

На малюнку 10 наведено часову діаграму наростання напруги на котушці Тесла.



Рис.10. Часова діаграма напруги на котушці Тесла.

Якщо запуск схеми проводити закорочуванням колектора та емітера резистором, то транзистор можна подати у вигляді двополюсника.
Модель такої схеми представлена ​​малюнку 11.

Рис.11. Схема моделі з поданням транзистора як двополюсника.

На малюнку 12 наведено часові діаграми запускаючого імпульсу струму і напруги на котушці Тесла.


Мал. 12. Тимчасові діаграми.
Синій струм у резисторі R1/.
Коричневий – напруга на котушці Тесла.

Цікаво, що в моделі працює і з закороченими висновками емітера і бази, і навіть працює з простим діодом випрямляючим. Однак тільки в тому випадку, якщо в моделі закладено час відновлення діода більше, ніж його відкривання. Це може бути ключем до розуміння механізму накачування коливального контуру. Тобто за час відновлення переходу в контур надходить енергії більше, ніж витрачається при його відкритті. Якщо реальні діоди мають таку властивість, то побудова генератора цілком можлива при дотриманні співвідношень параметрів схеми, що допускають режим генерації. Більш того, такі схеми можуть бути цікавими з тієї точки зору, що відновлення закритого стану у діодів може відбуватися практично миттєво, що на практиці використовується для генерації наносекундних імпульсів тривалостей. Але в залозі я цього не перевіряв, і поки що тут публікувати не буду. Це тема іншої статті.

Всі описані тут схеми мають одну корисну особливість - незважаючи на великі струми, що протікають у їх ланцюгах, споживання струму від джерела живлення може бути мізерним, тому що більшість їх повертається назад у джерело живлення.

* * *

Генератор короткого імпульсу напруги на діоді.

Схему, що відповідає моделі, представленій на малюнку 11 у попередній статті, на практиці вдається запустити, і вона продовжує працювати навіть при закорочені висновки емітера і бази транзистора, і струми в транзисторі при цьому зростають. Але з випрямляючим діод замість транзистора запустити не вдається. Це, між іншим, свідчить про те, що транзистор із закороченими висновками емітера та бази – не те саме, що простий діод.
Ймовірно, внутрішній опір бази грає якусь роль процесі. При інвертуванні напруги на колекторному переході він відкривається, струм тече в базу, оскільки емітерний перехід виявляється включеним у зворотному напрямку і приймає на себе функції колекторного переходу. Через наявність опору в ланцюгу бази, на ньому падає деяка напруга, транзистор виявляється включеним в інверсному режимі і через емітерний перехід починає протікати більша частина струму, що визначається коефіцієнтом посилення струму транзистора в інверсному режимі. Емітерний перехід, ймовірно, входить до насичення. І при відновленні полярності напруги на транзисторі, потрібен деякий додатковий час на розсмоктування зарядів у насиченому переході. Тобто умова, необхідна для працездатності такої схеми - час відновлення більше часу відкривання, виконується.
Але це лише неперевірена спроба пояснення нерівнозначності транзистора із закороченими висновками емітера та бази звичайного діода.

Темою цієї статті є виділення із розглянутих у попередній статті схем моменту відновлення діода з включеною до його ланцюга індуктивністю, з метою різкого переривання струму в індуктивності.
- А навіщо це нам треба?
- По-перше, це дозволяє отримати короткі високовольтні імпульси напруги. Іноді генератори таких імпульсів потрібні.
- По-друге, і це головне, - при включенні як індуктивність індуктора котушки Тесли, ми можемо наблизитися до головної вимоги, сформульованої самим Теслой - переривати струм в індукторі під час його наростання.
Сьогодні інтерес до робіт Тесла зростає, про що свідчать безліч форумів в Інтернеті, присвячених цій темі. Але практично лише одиниці експериментаторів навчилися виконувати цю вимогу. Ключі на транзисторах та розрядники у кращому випадку можуть дозволити отримати різкий фронт імпульсу напруги на індукторі. І зовсім не можуть забезпечити різке переривання струму в індукторі.
У спрощеному вигляді схема представлена ​​малюнку 1:

Рис.1. Спрощена схема генератора коротких імпульсів напруги.

До виходу імпульсного генератора низького рівня підключена індуктивність L1,другий кінець якої з'єднаний з катодом дифузійного діода D1. Анод діода включений між висновками джерел напруги V1 і V2.
Під час дії імпульсу низького рівня, коли транзистор U2 відкритий, а транзистор U1 закритий, діод D1 відкривається, через нього починає протікати струм, швидкість наростання якого визначається напругою джерела V2, індуктивністю L1 та опором R3 (опір котушки L1, транзистора U2, діода D1 і падіння напруги на ньому для спрощення не враховуємо). Якщо тривалість імпульсу досить велика, то прямий струм діода встановиться лише на рівні, що визначається напругою V1 і опором R3.
Після закінчення імпульсу, транзистор U2 закривається та відкривається транзистор U1. Струм в індуктивності починає зменшуватися до нуля, а потім змінює свій напрямок і починає збільшуватися. Діод починає відновлюватися струмом індуктивності L1. Швидкість зміни струму в цьому випадку визначається напругою джерела V1 та індуктивністю L1, а час наростання струму і відповідно величина, до якої він наросте, - часом відновлення діода D1. При відновленні, діод D1, якщо він дифузійний, дуже швидко закривається і різко перериває струм в індуктивності L1. У точці з'єднання діода та індуктивності виникає викид напруги високої амплітуди.
Таким чином, вибором співвідношення і величин напруг джерел V1 і V2 ми можемо задавати струм відкритого стану діода, і, відповідно, струм його замикання, швидкості наростання струму в котушці в режимі «накачування» діода і в режимі його відновлення.
Це важливо вміти робити при включенні як індуктивність індуктора котушки Тесла. Справа в тому, що індуктор надає сильний вплив на коливання напруги в котушці Тесли, якщо швидкість наростання струму в ньому дорівнює або вище за швидкість наростання напруги в коливаннях котушки Тесли, і надає слабкий вплив, якщо ця швидкість нижча. Щоб уникнути невизначеності, мається на увазі швидкість переходу струму або напруги через нуль, тобто максимальна. Крім того, при розрахунках її необхідно нормувати - ділити на амплітуду сигналу, що вимірюється.
Для правильного управління необхідно на стадії «накачування» діода забезпечити швидкість наростання струму в індукторі, меншу, ніж швидкість наростання напруги в котушці Тесли, а при відновленні діода - швидкість наростання, що дорівнює або більшу, ніж швидкість зміни напруги в котушці Тесли.

Модель реальної схеми, використовуваної в експериментах, показано малюнку 2.

Рис.2. Модель реальної схеми, що використовується в експериментах.

Графіки сигналів у моделі наведено малюнку 3.

Мал. 3. Тимчасові діаграми сигналів генератора.
Синій – напруга на виході генератора.
Червоний – напруга на котушці індуктивності.
Зелений - струм у діоді.

На діаграмі видно, що при низькому рівні вихідного сигналу струм у діоді та в котушці наростає повільніше, ніж при високому рівні, і встановлюється на позначці 1,8 А. Після зміни рівня вихідного сигналу струм у котушці зменшується до нуля і з тією ж швидкістю продовжує наростати до величини 5,1 А. У цей момент відбувається закриття діода, і струм у котушці різко обривається. На котушці спостерігається викид напруги до 1000В.
На жаль, хорошої моделі діода знайти не вдалося, тому деякі невідповідності моделі та реального об'єкта присутні, але загалом картина близька до реальності. Зокрема, реально виміряні викиди на котушці, залежно від типу діода, мають величину до 100 В. Максимальний викид вдалося отримати на колекторному переході транзистора 2Т908А - близько 250 В, при цьому він не пробивається. Слід врахувати також, що вимірювання проводилися осцилографом С1-65, який має смугу пропускання 50 МГц та час наростання ПХ = 10 нс. Можна припустити, що насправді викиди трохи більші.

На рисунках 4- 9 наведені осцилограми напруги і струмів, виміряні на діоді 2Д230І і на колекторному переході транзистора 2Т908А.

З осцилограм видно, що тривалість імпульсів за середнім рівнем обох випадках близько 50 нс. У діоді повторні імпульси згруповані більш кучно і перший викид перевищує наступні більш ніж удвічі. Інші діоди поводяться аналогічно. У транзисторі різниця між амплітудами імпульсів менша і повторні імпульси йдуть рідше. Це означає, що при використанні в якості індуктивності індуктора, краще використовувати діоди, тому, що повторні імпульси транзистора будуть збивати амплітуду напруги в котушці, що розгойдується. Порівняння осцилограм струму показує, що за однакових умов відкривання випробуваного діода і колекторного переходу транзистора, процес відновлення в транзисторі йде довше, що призводить до більшого струму в момент відновлення транзисторі, ніж у діоді, результатом чого і є велика амплітуда викиду напруги.


Мал. 4. Осцилограма викиду напруги на катоді діода 2Д230І.
Установки: X = 0,1 мкс / поділ, Y = 20 В / поділ.

Мал. 5. Осцилограма викиду напруги на катоді діода 2Д230І.
Установки: X = 1 мкс/поділ, Y = 20 В/поділ.

Мал. 6. Осцилограма струму в котушці L 1 для діода 2Д230І.

Мал. 7. Осцилограма викиду напруги на котушці для транзистора 2Т908А.
Установки: X = 0,1 мкс / поділ, Y = 50 В / поділ.

Мал. 8 . Осцилограма викиду напруги на колекторі транзистора 2Т908А.
Установки: X = 1 мкс/поділ, Y = 50 В/поділ.

Мал. 9 . Осцилограма струму в котушці для транзистора 2Т908А.
Установки: X = 1 мкс/поділ, Y = 1 А/поділ.

Наведені осцилограми показують, що модель непогано відображає процеси, що відбуваються в реальних елементах принаймні на якісному рівні. Кількісні відмінності виникають через відсутність точних моделей випробуваних елементів.

Розглянемо тепер модель, наведену малюнку 10, у якій як індуктивності використаний індуктор котушки Тесли.

Рис.10. Модель схеми з індуктором та котушкою Тесла.

Тимчасові діаграми струму в індукторі L1 та напруги на котушці Тесла L2 показані на малюнку 11.

Мал. 11. Тимчасові діаграми моделі

на малюнку 12 наведено фрагменттієї ж діаграми, в якому добре видно, що зміна струму в індукторі зі швидкістю, вдвічі меншою, ніж швидкість зміни напруги на котушці Тесла, практично не впливає на коливання в котушці Тесла. Зміна струму зі швидкістю, що дорівнює швидкості зміни напруги на котушці Тесли, надає сильний вплив на амплітуду коливань.

Мал. 12. Фрагмент попередньої часової діаграми.
Зелений – струм в індукторі L1.
Коричневий - напруга на котушці Тесла L2.

Для підтримки та збільшення амплітуди коливань у котушці Тесла необхідно збільшувати частоту імпульсів струму в індукторі, при цьому кожен імпульс повинен потрапляти в потрібну фазу. На практиці досягти цього можна, використовуючи синхронізацію генератора від лічильника, на вхід якого подаються коливання з котушки Тесла. Оскільки наше завдання – не проектування конкретного вузла, я просто в моделі підібрав частоту генератора. Модель такого процесу наведено малюнку 13.


Рис.13. Модель схеми з індуктором і котушкою Тесли, що підтримує безперервні коливання.

Ця модель відрізняється від попередньої лише параметром, що задає частоту коливань генератора.

Тимчасові діаграми струму в індукторі L1 та напруги на котушці Тесла L2 показані на малюнку 14.

Мал. 14. Тимчасові діаграми моделі.
Зелений – струм в індукторі L1.
Коричневий - напруга на котушці Тесла L2.

Для збільшення струму в індукторі необхідно збільшити струм у відкритому стані діода. У радянські часи випустили дифузійні діоди на десятки і навіть сотні ампер, тож з цього боку обмежень немає. Робоча напруга дифузійних діодів теж досягає кількох кіловольт. Включати послідовно кілька діодів немає сенсу. Весь процес визначатиме діод, який відновиться раніше за інших. Принаймні при послідовному з'єднанні наведених тут діода та транзистора всі діаграми такі ж, як у діода. Він має менше часу відновлення.

Зауважимо, що у процес у котушці Тесли впливає як величина струму в останній момент розриву, а й величина його зміни, тобто, схема виявляється ще й економічної з погляду енергетичних витрат. Зміна струму дорівнює сумі струму діода в момент закінчення імпульсу та струму в момент відновлення. Втрати в ланцюгах на опорах пропорційні квадрату струму, а сума квадратів завжди менша за квадрат суми.

У цій статті поговоримо про імпульсний генератор для комірки Меєра.

Вивчаючи елементну базу електронних плат, на яких було зібрано всі пристрої, що входять до складу складної установки, що застосовується Мейєром у водневому генераторі, встановленому ним на автомобіль, я зібрав «головну частину» пристрою – імпульсний генератор.

Усі електронні плати виконують у Осередку певні завдання.

Електронна частина мобільної установки генератора водню Меєра складається з двох повноцінних пристроїв, оформлених у вигляді двох незалежних блоків. Це блок управління та контролю осередку, що виробляє киснево-водневу суміш і блок управління та контролю за подачею цієї суміші в циліндри двигуна внутрішнього згоряння. Фотографія першого представлена ​​нижче.

Блок управління та контролю за роботою осередку складається з пристрою вторинного живлення, що забезпечує всі плати модуля енергією та одинадцяти модулів – плат, що складаються з генераторів імпульсів, схем контролю та управління. У цьому ж блоці за платами імпульсних генераторів знаходяться імпульсні трансформатори. Один з одинадцяти комплектів: плата імпульсного генератора та імпульсного трансформатора використовується тільки для однієї пари трубок Осередка. А оскільки пара трубок одинадцята, то і генераторів теж одинадцять.

.

Судячи з фотографій, імпульсний генератор зібраний на простій елементній основі цифрових логічних елементів. Принципові схеми, що публікуються на різних сайтах, присвячених Осередку Мейєра, за принципом роботи не такі далекі від її оригіналу, за винятком одного – вони спрощені та працюють безконтрольно. Іншими словами, імпульси подаються на трубки-електроди до тих пір, поки не настане «пауза», яку на власний розсуд оперативно за допомогою регулювання встановлює конструктор схеми. У Мейєра «пауза» формується тільки тоді, коли саме Осередок, що складається з двох трубок, повідомить що час би цю паузу зробити. Є регулювання чутливості схеми контролю, рівень якої встановлюється оперативно з допомогою регулювання. Крім того, є оперативне регулювання тривалості "паузи" - часу, протягом якого на комірку не надходять імпульси. У схемі генератора Мейєра передбачено автоматичне регулювання «паузи» в залежності від необхідності кількості газу, що виробляється. Це регулювання здійснюється за сигналом, що надходить від блок управління та контролю за подачею паливної суміші в циліндри ДВС. Чим швидше обертається двигун внутрішнього згоряння, тим більша витрата киснево-водневої суміші і тим коротше пауза у всіх одинадцяти генераторів.

На передню панель генератора Мейєра виведені шліци підстроювальних резисторів, що здійснюють регулювання частоти імпульсів, тривалості паузи між пачками імпульсів і ручної установки рівня чутливості схеми контролю.

Для реплікації досвідченого імпульсного генератора немає потреби в автоматичному контролі потреби газу та автоматичному регулюванні «паузи». Це полегшує електронну схему імпульсного генератора. Крім того, сучасна електронна база більш розвинена, ніж була 30 років тому, тому за наявності більш сучасних мікросхем немає сенсу використовувати найпростіші логічні елементи, які раніше використовував Мейєр.

У цій статті публікується схема імпульсного генератора, зібраного мною, що відтворює принцип роботи генератора комірки Меєра. Це не перша моя конструкція імпульсного генератора, до неї було ще дві складніші схеми, здатні генерувати імпульси різної форми, з амплітудною, частотною і тимчасовою модуляцією, схемами контролю струму навантаження в ланцюгах трансформатора і самого осередку, схемами стабілізації амплітуд імпульсів і форми вихід на Осередку. В результаті виключення, на мою думку «непотрібних» функцій вийшла найпростіша схема, дуже схожа на схеми, що публікуються на різних сайтах, але відрізняється від них наявністю схеми контролю струму Осередки.

Як і в інших схемах, що публікуються, в комірці є два генератори. Перший є генератором – модулятором, що формує пачки імпульсів, а другий – генератором імпульсів. Особливістю схеми є те, що перший генератор — модулятор працює не в режимі автогенератора, як у інших розробників схем Осередки Мейєра, а в режимі генератора, що чекає. Модулятор працює за наступним принципом: На початковому етапі він дозволяє роботу генератора, а після досягнення безпосередньо на пластинах Осередка певної амплітуди струму, відбувається заборона генерації.

У мобільній установці Меєра як імпульсний трансформатор використовується тонкий сердечник, а кількість витків всіх обмоток величезна. У жодному патенті не зазначені ні розміри сердечника, ні кількість витків. У стаціонарній установці у Меєра замкнутий тороїд з відомими розмірами та кількістю витків. Саме його й вирішено було використати. Але оскільки витрачати енергію марно на намагнічування в однотактній схемі генератора це марнотратство, було вирішено використовувати трансформатор із зазором, взявши за основу феритовий сердечник від рядкового трансформатора ТВС-90, що застосовується в транзисторних чорно-білих телевізорах. Він найбільше підходить під параметри, зазначені в патентах Меєра для стаціонарної установки.

Принципова електрична схема Осередки Меєра у моєму виконанні представлена ​​на малюнку.

.

Жодної складності в конструкції генератора імпульсів немає. Він зібраний на банальних мікросхемах – таймерах LM555. Внаслідок того, що генератор експериментальний і невідомо які струми навантаження нас можуть очікувати, для надійності як вихідний транзистор VT3 використовується IRF.

Коли струм Осередка досягне певного порогу, коли відбувається розрив молекул води, необхідно зробити паузу в подачі імпульсів на Осередок. Для цього є кремнієвий транзистор VT1 — КТ315Б, який забороняє роботу генератора. Резистор R13 "Струм зриву генерації" призначений для встановлення чутливості схеми контролю.

Перемикач S1 "Тривалість грубо" і резистор R2 "Тривалість точно" є оперативними регулюваннями тривалості паузи між пачками імпульсів.

Відповідно до патентів Меєра трансформатор має дві обмотки: первинна містить 100 витків (для 13 вольт живлення) дроту ПЕВ-2 діаметром 0,51 мм, вторинна містить 600 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,18 мм.

При зазначених параметрах трансформатора оптимальна частота імпульсів – 10 кГц. Котушка індуктивності L1 намотана на картонній оправці діаметром 25 мм і містить 100 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 0,51 мм.

Тепер, коли ви все це проковтнули, зробимо розбір польотів цієї схеми. З цією схемою я не застосовував додаткових схем, що підвищують вихід газу, тому що в мобільному Осередку Мейєра їх не спостерігається, звичайно крім лазерної стимуляції. Або я забув сходити зі своїм Осередком до «бабці – шепотіння», щоб вона нашіптала високу продуктивність Осередка, або не правильно вибрав трансформатор, але ККД установки вийшов дуже низький, а сам трансформатор сильно нагрівався. Враховуючи, що опір води мало, сама Осередок не здатна виступати як накопичувальний конденсатор. Осередок просто не працювала за тим «сценарієм», який описував Мейєр. Тому я додав до схеми додатковий конденсатор С11. Тільки в цьому випадку на осцилограмі вихідної напруги з'явилася форма сигналу з вираженим процесом накопичення. Чому я поставив його не паралельно Осередку, а через дросель? Схема контролю струму осередку повинна відстежувати різке підвищення цього струму, а конденсатор перешкоджатиме цьому своїм зарядом. Котушка зменшує вплив С11 на схему контролю.

Я використав просту воду з-під крана, використав і свіжу дистильовану. Як я тільки не перекручувався, але витрати енергії при фіксованій продуктивності були втричі-чотири рази вищими, ніж безпосередньо від акумулятора через обмежувальний резистор. Опір води в осередку настільки мало, що підвищення імпульсної напруги трансформатором, з легкістю гасилося на малому опорі, змушуючи магнітопровід трансформатора сильно нагріватися. Можливо, припустити, що вся причина в тому, що я використав трансформатор на ферриті, а в мобільній версії Осередка Мейєра стоять трансформатори, у яких сердечник майже відсутній. Він більше виконує функцію каркасу. Не важко зрозуміти, що Мейєр компенсував малу товщину осердя великою кількістю витків, тим самим збільшивши індуктивність обмоток. Але опір води від цього не збільшиться, тому і напруга, про яку пише Мейєр, не підніметься до значення, що описується в патентах.

З метою підвищення ККД вирішив «викинути» зі схеми трансформатор, на якому відбувається втрата енергії. Принципова електрична схема Осередки Меєра без трансформатора представлена ​​на малюнку.

.

Так як індуктивність котушки L1 дуже маленька, я також виключив її зі схеми. І «про диво» установка почала видавати порівняно високий ККД. Я провів експерименти і дійшов висновку, що на заданий обсяг газу установка витрачає ту саму енергію, що і при електролізі постійним струмом плюс-мінус похибка вимірювань. Тобто нарешті зібрав установку, в якій не відбувається втрат енергії. Але навіщо вона потрібна, якщо безпосередньо від акумулятора такі самі витрати енергії?

Завершення

Завершимо тему дуже маленького опору води. Сама Осередок не здатна працювати як накопичувальний конденсатор тому, що вода, яка виступає як діелектрик конденсатора, бути ним не може - вона проводить струм. Для того, щоб над нею відбувався процес електролізу - розкладання на кисень і водень, вона повинна бути провідною. Виходить нерозв'язне протиріччя, яке можна вирішити лише по одному шляху: Відмовитися від версії «Комірка-конденсатор». Накопичення в Осередку подібно до конденсатора відбуватися не може, це Міф! Якщо враховувати площу обкладок конденсатора утвореного поверхнями трубок, то навіть при повітряному діелектрику ємність мізерно мала, а тут як діелектрик виступає вода зі своїм малим активним опором. Не вірите? Візьміть підручник з фізики і порахуйте ємність.

Можна припустити, що накопичення відбувається на котушці L1, але цього також не може бути через те, що її індуктивність також дуже мала для частоти близько 10 кГц. Індуктивність трансформатора на кілька порядків вища. Можна навіть замислитись над тим, навіщо її з малою індуктивністю взагалі «устромили» у схему.

Післямова

Хтось скаже, що все диво в біфілярному намотуванні. У тому вигляді, в якому вона представлена ​​в патентах Меєром, толку від неї не буде. Біфілярне намотування застосовується в захисних фільтрах живлення, не одного і того ж провідника, а протилежних по фазі і призначена для придушення високих частот. Вона навіть є у всіх блоках живлення комп'ютерів і ноутбуків. А для того самого провідника, біфілярна намотування робиться в дротяному резисторі, для придушення індуктивних властивостей самого резистора. Біфілярна намотування може використовуватися як фільтр, що захищає вихідний транзистор, що не пропускає потужні НВЧ-імпульси в схему генератора, що подаються від джерела цих імпульсів безпосередньо на Осередок. До речі, і котушка L1 є відмінним фільтром для НВЧ. Перша схема імпульсного генератора, яка використовує трансформатор, що підвищує, - правильна, тільки чогось не вистачає між транзистором VT3 і самим Осередком. Цьому я присвячую наступну статтю.

Схема та теорії дії

Як показано на рис. 3.2 трансформатор з обмеженням по струму Т1 з'єднаний з мостовим випрямлячем D1-D4 і заряджає зовнішній накопичувач - конденсатор С через резистор захисту від перенапруги R18. Зовнішній накопичувальний конденсатор з'єднаний між землею розряду та електродом іскрового розрядника G1. Навантаження у цьому проекті включено не стандартно, а між землею розряду та електродом іскрового розрядника G2. Зверніть увагу, що навантаження комплексне, що зазвичай має високу індуктивність (не у всіх випадках) з невеликим активним опором від проводу індуктивності Load. Електроди іскрового розрядника G1 і G2 розташовані на відстані більшій у 1,2-1,5 рази, ніж відстань пробою при даній напрузі.

Третій електрод, що запускає, ТЕ1 розряджається коротким високовольтним імпульсом малої енергії в G2, створюючи пік напруги, іонізуючий

Мал. 3.2. Принципова схема імпульсного генератора

Примітка:

Спеціальне зауваження щодо діодів D14, D15. Полярність може бути змінена для отримання більшого тригерного ефекту при навантаженні з низьким імпедансом, як це має місце у випадку пристрою деформації консервних банок, підривання проводу, плазмової зброї та ін.

Увага! При занадто високому імпеданс навантаження енергія може попрямувати назад через діоди і трансформатор Т2 і призвести до виходу з ладу цих компонентів.

Зверніть увагу, що земля схеми та загальний провід ізольовані один від одного.

Земля розряду з'єднана з шасі та заземленням через зелений провід шнура живлення.

Для забезпечення більшої безпеки як вимикач S3 рекомендується використовувати кнопки без фіксації, яка увімкнена тільки в натиснутому стані.

Якщо пристрій знаходиться в місці, куди має доступ неавторизований персонал, рекомендується як S4 використовувати вмикач із замком.

зазор між G1 і G2, що призводить до розряду накопиченої в зовнішньому ємнісному накопичувачі енергії навантаження з комплексним опором.

Напруга заряду зовнішнього ємнісного накопичувача визначається ланцюгом резистивного дільника R17, який також видає сигнал для вольтметра Ml. Напруга заряду задається послідовно з'єднаним з R17 керуючим змінним опором R8. Цей сигнал, що управляє, встановлює рівень вимикання компаратора II, який задає зсув по постійному струму транзистора Q1. У свою чергу Q1 управляє реле, при цьому реле вимикається. Контактами знеструмленого реле RE1 знімається подача енергії на первинну обмотку Т1. Коли R8 встановлено на задану величину, воно автоматично підтримує певний рівень напруги зовнішніх ємнісних накопичувачах. Безпечна кнопка S3 дозволяє затримати заряд зовнішнього конденсатора вручну.

Червоний світлодіод LA1 спалахує при включенні живлення. Жовтий світлодіод LA2 спалахує, коли заряд досягає заданої величини.

Ланцюг електрода, що запускає, являє собою спеціальну систему ємнісного розряду (CD), де енергія конденсатора С6 направляється в первинну обмотку імпульсного трансформатора Т2. На вторинній обмотці Т2 генерується послідовність позитивних імпульсів високої напруги, яка подається на конденсатори С8 і С9 через діоди D14 і D15, що розв'язують. Ці імпульси постійного струму високої напруги викликають іонізацію в зазорах за рахунок розряду через електрод, що запускає ТЕ1. На вході цього ланцюга знаходиться подвоювач напруги, що складається з конденсаторів С4, С5 та діодів D8 та D9. Перемикач "Пуск" S1 подає енергію в ланцюг, викликаючи негайне спрацювання іскрового розрядника. Кремнієвий тріодний тиристор SCR знімає заряд з С6, струм, що відмикає, на SCR подає диністор DIAC, зміщення на який задається змінним опором R14 і конденсатором С7.

Знижувальний трансформатор напруги 12 В ТЗ живить ланцюг, що управляє, що включає і реле RE1. Якщо в системі немає напруги 12, запустити її можна тільки активувавши RE1 вручну. Випрямляч на діодах D10-D13 випрямляє змінну напругу 12, який потім фільтрується на ємнісному фільтрі С1. Резистор R5 розв'язує живлення управління через стабілітрон Z3, Z4, який необхідний для стабільної роботи ланцюга компаратора. Живлення для накопичення енергії йде від мережі 115 змінного струму, при цьому задіяний плавкий запобіжник F1, а включення мережі живлення 115 змінного струму здійснюється вимикачем S4.

Зауваження

У нашій лабораторії Information Unlimited апаратура накопичення енергії включає 10 стійок масляних конденсаторів. У кожній стійці розміщується 50 конденсаторів по 32 мкФ на напругу 4500, з'єднаних паралельно для досягнення загальної ємності 1600 мкФ або близько 13000 Дж при 4000 на стійку. Всі 10 стійок, з'єднаних паралельно, дають 130 000 Дж. Дуже важливо при таких рівнях енергії правильно виконати з'єднання і зібрати систему з дотриманням необхідного розташування та товщини проводів для отримання імпульсів потужністю в сотні мегават. Для захисту персоналу від небезпечної напруги навколо накопичувальних стійок встановлено противибухові щити.

Час заряду однієї стійки становить близько 10 хв. При такому заряді використання 10 стійок було б непрактично, оскільки для їх заряду потрібно майже 2 год. Ми використовуємо систему заряду струму 10000 В, 1 А, яка дозволяє забезпечити заряд всіх 10 стійок масляних конденсаторів для накопичення енергії в 130000 Дж протягом 1 хв . Такий високовольтний зарядний пристрій можна придбати за спеціальним замовленням.

Порядок попереднього збирання пристрою

У цьому розділі передбачається, що ви знайомі з основними інструментами та маєте достатній досвід збирання. Імпульсний генератор збирається на металевому шасі 25,4х43,2х3,8 см, виготовленому з оцинкованого заліза товщиною 1,54 мм (калібр 22). Він використовує трансформатор RMS з обмеженням струму 6500 В, 20 мА. Потрібно якомога точніше дотримуватися наведеного креслення. Можна використовувати потужніший трансформатор, тоді доведеться змінити і розмір пристрою. Пропонуємо з'єднати паралельно до 4 трансформаторів, що використовувалися раніше; щоб отримати зарядний струм 80 мА. На передній панелі встановлюється вольтметр та засоби керування. Рекомендується замінити S4 на вимикач із замком, якщо пристрій знаходиться у місці, куди має доступ неавторизований персонал.

Під час складання пристрою дотримуйтесь наступної послідовності дій:

1. Якщо ви придбали набір, розкладіть та ідентифікуйте всі компоненти та конструктивні деталі.

2. Виріжте із заготівлі плату з перфорацією сітки 0,25 см і розмірами 15,9×10,8 см (6,25×4,25 дюйма).

Мал. 3.3. Монтажна плата імпульсного генератора

Примітка:

Пунктирна лінія показує з'єднання на тильній стороні плати. Великі чорні точки показують отвори плати, які використовуються для встановлення компонентів і з'єднань між ними.

3. Вставте елементи, як показано на рис. 3.3, і припаяйте їх до висновків елементів, до контактних майданчиків, де це необхідно, у міру руху від лівого нижнього краю вправо. Пунктирна лінія показує з'єднання проводів на тильній стороні плати відповідно до принципової схеми. Уникайте дротяних мостів, потенційних замикань та холодного паяння, оскільки це неминуче викличе проблеми. Паяні сполуки повинні бути блискучими та гладкими, але не кулястими.

4. З'єднайте монтажну плату проводами з наступними точками (див. мал. 3.3):

- З землею шасі проводом у вінілової ізоляції #18 довжиною 20 см;

- з ТЕ1 проводом високої напруги 20 кВ завдовжки 10 см;

– з резистором R18, дротом у вінілової ізоляції #18 завдовжки 20 см;

– з анодами D3 та D4 проводом у вінілової ізоляції #18 завдовжки 30 см (земля схеми);

– з ТЗ (2) 12 В постійного струму проводом у вінілової ізоляції #22 завдовжки 20 см;

– з вольтметром М1 (2) дротом у вінілової ізоляції #22 довжиною 20 см. Перевірте всі з'єднання, компоненти, розташування всіх діодів, напівпровідникових елементів, електролітичних конденсаторів CI, С2, С4, С5, С7. Перевірте якість пайок, потенційні короткі замикання, наявність місць холодного паяння. Паяні сполуки повинні бути гладкими та блискучими, але не кулястими. Перш ніж вмикати пристрій, перевірте це.

5. Складання іскрового розрядника здійснюється наступним чином (рис. 3.4):

- виготовте базу BASE1 з листа оцинкованого заліза товщиною 1,4 мм (калібр 20) та розмірами 11,4×5 см (4,75×2 дюйма);

– виготовте дві скоби BRKT1 із листа оцинкованого заліза товщиною 1,4 мм (калібр 20) розмірами 6,4×3,2 см (2,5×1,25 дюйма) кожна. Загніть край у вигляді козирка розміром 1,9 см;

– виготовте два блоки BLK1 з полівінілхлориду (PVC) або іншого аналогічного матеріалу товщиною 1,9 см та розмірами 2,5×3,2 см (1×1,25 дюйма). Вони повинні мати хороші ізолюючі властивості;

– виготовте блок BLK2 із тефлону. Він повинен витримувати запускаючий імпульс високої напруги;

– акуратно припаяйте фланці COL1 до скобів BRK1. Відрегулюйте арматуру так, щоб забезпечити точне вирівнювання вольфрамових електродів після складання пристрою. На цьому етапі вам доведеться використовувати газову паяльну лампу на пропані тощо;

- Сточіть гострі кінці з восьми гвинтів. Це необхідно для запобігання поломці матеріалу PVC через коронний розряд, що утворюється на гострих кінцях при високій напрузі;

– попередньо зберіть деталі, просвердліть необхідні отвори для складання. Для правильного розміщення слідуйте малюнку;

Мал. 3.4. Іскровий розрядник та пристрій запалювання

Примітка:

Іскровий розрядник є серцем системи, і саме там енергія, накопичена конденсаторами за весь період заряду, швидко висюобомається в навантаження у вигляді імпульсу, що володіє високою потужністю. Дуже важливо, щоб усі з'єднання були здатні витримувати великі струми та високу напругу розряду.

Показаний прилад призначений для НЕР90 і здатний забезпечувати перемикання при енергії до 3000 Дж (при правильно відрегульованому імпульсі), чого зазвичай достатньо для ефективного проведення експериментів з пристроями переміщення мас, згинання банок, підривання проводів, магнетизму та інших аналогічних проектів.

За спеціальним замовленням може бути поставлений перемикач високої енергії, здатний працювати з енергією 20000Дж. Обидва перемикачі використовують високовольтний імпульс, що запускає, який залежить від високого імпедансу навантаження лінії. Зазвичай це не є проблемою для навантажень сутінковою індуктивністю, але може стати проблемою малої індуктивності. Цю проблему можна вирішити, якщо помістити кілька феритових або кільцевих сердечників у ці лінії. Сердечники реагують на імпульс, що запускає дуже сильно, але при основному розряді досягають насичення.

Конструкція іскрового розрядника повинна враховувати механічні сили, що виникають у результаті дії потужних магнітних полів. Це дуже важливо при роботі з ф дхжою енергією і вимагатиме додаткових засобів для зменшення індуктивності та опору.

Увага! Під час проведення експериментів навколо пристрою повинен бути встановлений екран для захисту оператора від можливих уламків при поломці пристрою.

Для надійного запуску зазор, що запускає, повинен бути встановлений залежно від напруги заряд а. Зазор повинен бути розташований не менше ніж 0,6 см від скоби. Якщо включення нестабільне, потрібно поекспериментувати із цією величиною.

– приєднайте великі блокові наконечники LUG1 до кожної сторони скоб BRKT1. З'єднання повинно бути ретельно виконано, оскільки імпульсний струм досягає величини кілоампер;

– тимчасово встановіть основний зазор на величину 0,16 см, а зазор, що запуск – на величину 0,32 см.

Порядок остаточного складання пристрою

Нижче наведено етапи остаточного складання:

1. Виготовте шасі та панель, як показано на рис. 3.5. Розумно буде виконати в панелі квадратний отвір для встановлення вольтметра до виготовлення панелі. Вольтметр, який використовується, вимагає квадратного отвору зі стороною 10 см. Інші, більш дрібні отвори можуть бути визначені за кресленням та просвердлені після з'єднання шасі та панелі.

Примітка:

Виготовте передню панель із листа оцинкованого заліза товщиною 1,54 см (калібр 22) розмірами 53,34×21,59 см (21×8,5 дюйма). Загніть з кожної сторони по 5 см для з'єднання з шасі, як показано на малюнку. Виконайте отвір для вольтметра.

Виготовте шасі з оцинкованого заліза завтовшки 1,54 см (калібр 22) розмірами 55,88×27,9 см (22×15 дюйма). Загніть з кожної сторони по 5 см і зробіть козирок 1,25 см. Загальний розмір (25x43x5см) з козирком 1,25 см по дну шасі.

Дрібніші отвори та отвори для з'єднань виконуйте під час подальшої роботи.

Козирок, що йде поданої частини шасі, на малюнку не показаний.

Мал. 3.5. Креслення для виготовлення шасі

2. Приміряйте контрольну панель та просвердліть необхідні отвори для засобів керування, індикаторів тощо. Зверніть увагу на ізоляційний матеріал між шасі та частинами пристрою, див. рис. 3.6 частина PLATE1. Цього можна досягти за допомогою невеликої кількості силіконового клею-герметика RTV із кімнатною температурою вулканізації. Просвердлюйте відповідні отвори в міру виконання роботи, перевіряючи правильність розташування та габаритів.

Мал. 3.6. Загальний вигляд пристрою у зборі

Примітка:

Проводи показані дещо подовженими, щоб забезпечити ясність зображень та з'єднань.

Пунктирні лінії показують елементи та з'єднання, розташовані під шасі.

3. Приміряйте інші частини (див. мал. 3.6) і просвердліть всі необхідні для монтажу та розміщення отвору. Зверніть увагу на тримачі плавких запобіжників FH1/FS1 та ізоляцію шнура вхідного живлення BU2. Вони розташовані на нижній стороні шасі та показані пунктирними лініями.

4. Забезпечте достатній простір для високовольтних компонентів: для вихідних контактів трансформатора, діодів високої напруги та резистора R18. Зауважте, що високовольтні діоди встановлюються на пластикову плату за допомогою двосторонньої липкої стрічки RTV.

5. Встановіть контрольну панель на місце. Закріпіть монтажну плату за допомогою кількох шматочків стрічки з нанесеним на неї клеєм-герметиком RTV, коли переконайтеся, що все нормально.

6. Виконайте всі з'єднання. Зверніть увагу на використання гайок для дроту при підключенні висновків Т1 та Т2.

Попередні електричні випробування

Для проведення попередніх електричних випробувань виконайте такі дії:

1. Закоротіть вихідні контакти трансформатора за допомогою високовольтного дроту із затискачем.

2. Видаліть плавкий запобіжник і встановіть у його тримач барретер 60 Вт (електровакуумний прилад для стабілізації струму) як баластний опір на період тестування.

3. Встановіть перемикач S4 (див. рис. 3.7) у вимкнений стан, переведіть вісь суміщеного зі змінним опором R8/S2 вимикача у положення «вимкнено», встановіть змінні опори R14 і R19 в середнє положення і увімкніть пристрій в мережу 115 В змінного струму , вставивши вилку шнура живлення COl у розетку.

4. Повертайте вісь сумісного вимикача зі змінним опором R8 до включення і спостерігайте, як загоряються лампи LA1 та LA2.

5. Натисніть кнопку заряду S3 і переконайтеся, що реле RE1 увімкнулося (чути звук клацання) і лампа LA2 погашена на час, поки натиснуто кнопку S3.

6. Увімкніть S4 та натисніть S3, зауважте, що барретер, включений відповідно до пункту 2, горить у повнакалу.

7. Натисніть кнопку «Пуск» S1 і спостерігайте спалах між електродом ТЕ1, що запускає, і основним зазором розряду між G1 і G2. Зверніть

Мал. 3.7. Передня панель та органи управління

увагу, що вісь змінного опору встановлена ​​в середнє значення, але, повертаючи вісь за стрілкою годинника, можна збільшити розряд.

Основні випробування

Для проведення випробувань виконайте такі дії:

1. Вийміть шнур живлення з мережі та вимкніть S2 та S4.

2. Приєднайте конденсатор 30 мкФ, 4 кВ і резистор 5 кОм, 50 Вт як С та R, як показано на рис. 3.6.

3. Видаліть баластну лампу і вставте запобіжник 2А.

4. Встановіть зазор, що запускає, на величину 0,32 см, а основний зазор - на 0,16 см.

5. Підключіть вольтметр високого класу точності через зовнішній конденсатор.

6. Увімкніть пристрій та увімкніть S2 та S4. Натисніть кнопку S3 і переконайтеся, що зовнішній конденсатор заряджається до 1 кВ до вимкнення RE1. Зауважте, що у нормальному стані LA2 горить і вимикається лише час циклу заряду. Коли буде досягнуто заданого заряду, світлодіод LA2 знову вмикається, показуючи, що система готова.

7. Поверніть R8/S2 на 30° за годинниковою стрілкою та зауважте, що напруга досягає більшої величини перед припиненням заряду.

8. Натисніть кнопку S1 і спостерігайте миттєву потужну дугу в основному зазорі, що виникає, коли енергія спрямовується у зовнішнє навантаження.

9. Зарядіть пристрій до 2500 В, вимірюючи напругу за зовнішнім вольтметром, під'єднаним через конденсатор. Відрегулюйте R19, щоб вольтметр на передній панелі показував значення 2,5 при повній шкалі 5. Зробіть позначку на передній панелі, щоб знати, де напруга становить 2500 В. вольтметр. Повторіть крок 8, спостерігаючи інтенсивну дугу під час розряду. Повторіть цикли заряду та розряду за різних напруг, щоб ознайомитися з керуванням приладом.

На цьому завершується перевірка та калібрування пристрою. Подальші операції вимагатимуть додаткового обладнання залежно від проекту, в рамках якого ви експериментуєте.

Корисні довжини донного обладнання математичні співвідношення

Енергія системного накопичувача:

Ідеальний підйом струму досягається у системах LC. Використовуйте коефіцієнт 0,75 під час використання масляних конденсаторів та нижчі значення для фото- та електролітичних конденсаторів. Час досягнення пікового струму на 1 Ациклу:

Магнітний потік

А = площа грані котушки в м 2; Le = відстань між полюсами м; М = маса кг. Сила:

Швидкість:

де t - Час досягнення пікового струму.

Генератори імпульсів призначені для отримання імпульсів певної форми та тривалості. Вони використовуються в багатьох схемах та пристроях. А також їх використовують у вимірювальній техніці для налагодження та ремонту різних цифрових пристроїв. Прямокутні імпульси відмінно підійдуть для перевірки працездатності цифрових схем, а трикутної форми можуть стати в нагоді для свіп-генераторів або генераторів частоти, що коливається.

Генератор формує одиночний імпульс прямокутної форми натисканням на кнопку. Схема зібрана на логічних елементах в основі якої звичайний RS-тригер, завдяки йому також виключається можливість проникнення імпульсів брязкальця контактів кнопки на лічильник.

У положенні контактів кнопки, як показано на схемі, на першому виході буде напруга високого рівня, а на другому виході низького рівня або логічного нуля при натиснутій кнопці стан тригера зміниться на протилежне. Цей генератор відмінно підійде для перевірки різних лічильників.


У цій схемі формується одиночний імпульс, тривалість якого залежить від тривалості вхідного імпульсу. Використовується такий генератор у найрізноманітніших варіантах: для імітації вхідних сигналів цифрових пристроїв, при перевірці працездатності схем на основі цифрових мікросхем, необхідності подачі на якийсь пристрій, що тестується, певної кількості імпульсів з візуальним контролем процесів і т. д.

Як тільки живлення схеми включають конденсатор С1 починає заряджається і реле спрацьовує, розмикаючи своїми фронтовими контактами ланцюг джерела живлення, але реле відключиться не відразу, а з затримкою, так як через його обмотку буде протікати струм розряду конденсатора С1. Коли тилові контакти реле знову замкнуться, розпочнеться новий цикл. Частота перемикання електромагнітного реле залежить від ємності конденсатора С1 та резистора R1.

Використовувати майже будь-яке реле, я взяв . Такий генератор можна використовувати, наприклад, для перемикання ялинкових гірлянд та інших ефектів. Мінусом цієї схеми є застосування конденсатора великої ємності.

Інша схема генератора на реле, з принципом роботи аналогічною попередньою схемою, але на відміну від неї, частота прямування дорівнює 1 Гц при меншій ємності конденсатора. У момент увімкнення генератора конденсатор С1 починає заряджатися, потім відкривається стабілітрон і спрацює реле К1. Конденсатор починає розряджатися через резистор та складовий транзистор. Через невеликий проміжок часу реле вимикається та починається новий цикл роботи генератора.

У генераторі імпульсів, на малюнку А, застосовані три логічні елементи І-НЕ та уніполярний транзистор VT1. Залежно від значень конденсатора С1 та резисторів R2 та R3 на виході 8 генеруються імпульси з частотою 0,1 - до 1 МГц. Такий величезний діапазон пояснюється застосуванням у схемі польового транзистора, що дало можливість використовувати мегаомні резистори R2 і R3. З їх допомогою можна змінювати також змінювати шпаруватість імпульсів: резистором R2 задається тривалість високого рівня, а R3 - тривалість напруги низького рівня. VT1 можна взяти будь-який із серій КП302, КП303. - К155ЛА3.

Якщо використовувати замість К155ЛА3 мікросхеми КМОП, наприклад, К561ЛН2 можна зробити широкодіапазонний генератор імпульсів без використання в схемі польового транзистора. Схема цього генератора показана малюнку У. Для розширення кількості генерованих частот ємність конденсатора часзадающей ланцюга вибирається перемикачем S1. Діапазон частот генератора 1ГЦ до 10 кГц.

На останньому малюнку розглянуто схему генератора імпульсів в якій закладено можливість регулювання шпаруватості. Для тих, хто забув, нагадаємо. Добре імпульсів це відношення періоду прямування (Т) до тривалості (t):

Добре на виході схеми можна задати від 1 до декількох тисяч, за допомогою резистора R1. Транзистор, що працює в ключовому режимі, призначений для посилення імпульсів за потужністю.

Якщо є необхідність високостабільного генератора імпульсів, необхідно використовувати кварц на відповідну частоту.

Схема генератора показана на малюнку здатна виробляти імпульси прямокутної та пилкоподібної форми. Задає генератор виконаний на логічних елементах DD 1.1-DD1.3 цифрової мікросхеми К561ЛН2. Резистор R2 у парі з конденсатором С2 утворюють диференціюючий ланцюг, який на виході DD1.5 генерує короткі імпульси тривалістю 1 мкс. На польовому транзисторі та резистори R4 зібраний регульований стабілізатор струму. З його виходу тече струм, що заряджає конденсатор С3 і напруга на ньому лінійно збільшується. У момент надходження короткого позитивного імпульсу транзистор VT1 відкривається, а конденсатор СЗ розряджається. Тим самим формуючи пилкоподібну напругу на його обкладках. Змінним резистором можна регулювати струм заряду конденсатора та крутизну імпульсу пилкоподібної напруги, а також його амплітуду.

Варіант схеми генератора на двох операційних підсилювачах

Схема побудована із використанням двох ОУ типу LM741. Перший ОУ використовується для генерації прямокутної форми, а другий генерує трикутну. Схема генератора побудована таким чином:


У першому LM741 на вхід, що інвертує, з виходу підсилювача підключена зворотний зв'язок (ОС) виконана на резисторі R1 і конденсаторі C2, а на неінвертуючий вхід також йде ОС, але вже через дільник напруги, на базі резисторів R2 і R5. Вихідний першого ОУ безпосередньо пов'язаний з входом другого LM741, що інвертує, через опір R4. Цей другий ОУ разом із R4 і C1 утворюють схему інтегратора. Його неінвертуючий вхід заземлений. На обидва ОУ подаються напруги живлення +Vcc і -Vee, як завжди на сьомий та четвертий висновки.

Працює схема в такий спосіб. Припустимо, спочатку на виході U1 є +Vcc. Тоді ємність З2 починає заряджатися через резистор R1. У певний момент часу напруга на С2 перевищить рівень на вході, що не інвертує, що розраховується за формулою нижче:

V 1 = (R 2 / (R 2 +R 5)) × V o = (10 / 20) × V o = 0.5 × V o

Вихідний сигнал V 1 стане -Vee. Так, конденсатор починає розряджатися через резистор R1. Коли напруга на ємності стане меншою за напругу, що визначається формулою, вихідний сигнал знову буде + Vcc. Таким чином, цикл повторюється, і завдяки цьому генеруються імпульси прямокутної форми з періодом часу, що визначається RC-ланцюжком, що складається з опору R1 і конденсатора C2. Ці утворення прямокутної форми також є вхідними сигналами для схеми інтегратора, який перетворює їх на трикутну форму. Коли вихід ОУ U1 дорівнює +Vcc, ємність С1 заряджається до максимального рівня і дає позитивний схил трикутника, що сходить, на виході ОУ U2. І, відповідно, якщо на виході першого ОУ є -Vee, то буде формуватися негативний, низхідний схил. Тобто ми отримуємо трикутну хвилю на виході другого ОУ.

Генератор імпульсів на першій схемі побудований на мікросхемі TL494, відмінно підходить для налагодження будь-яких електронних схем. Особливість цієї схеми полягає в тому, що амплітуда вихідних імпульсів може дорівнювати напрузі живлення схеми, а мікросхема здатна працювати аж до 41 В, адже не просто так її можна знайти в блоках живлення персональних комп'ютерів.


Розведення друкованої плати можна завантажити за посиланням вище.

Частоту проходження імпульсів можна змінювати перемикачем S2 і змінним резистором RV1, для регулювання шпару використовується резистор RV2. Перемикач SA1 призначений для зміни режимів роботи генератора з синфазного на протифазний. Резистор R3 повинен перекривати діапазон частот, а діапазон регулювання шпаруватості регулюється підбором R1, R2

Конденсатори С1-4 від 1000 пФ до 10 мкф. Транзистори будь-які високочастотні КТ972

Добірка схем та конструкцій генераторів прямокутних імпульсів. Амплітуда сигналу, що генерується, в таких генераторах дуже стабільна і близька до напруги живлення. Але форма коливань дуже далека від синусоїдальної – сигнал виходить імпульсним, причому тривалість імпульсів та пауз між ними легко регулюється. Імпульсам легко надати вигляду меандру, коли тривалість імпульсу дорівнює тривалості паузи між ними.

Формує потужні короткі одиночні імпульси, які встановлюють на вході чи виході будь-якого цифрового елемента логічний рівень, протилежний наявному. Тривалість імпульсу обрана такою, щоб не вивести з ладу елемент, вихід якого підключений до випробуваного входу. Це дає можливість не порушувати електричний зв'язок випробуваного елемента з іншими.